一種利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密成形領(lǐng)域，涉及一種金屬涂覆形成裝置及方法，具體涉及一種利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬涂覆是一種新型的成形技術(shù)，涉及到光、機(jī)、電、材料、檢測與控制等多學(xué)科的高技術(shù)，是傳統(tǒng)制造方法不能完成的一種全新加工制造技術(shù)，是國家重點(diǎn)支持和推動(dòng)的一項(xiàng)高技術(shù)。目前，國內(nèi)外很多科研院所，如國內(nèi)清華大學(xué)、華中科技大學(xué)以及美國MicroFab商業(yè)公司、加拿大多倫多大學(xué)等，對(duì)于金屬涂覆成形技術(shù)的研宄主要集中在金屬涂覆機(jī)理、驅(qū)動(dòng)方式選擇和金屬涂覆過程的熱狀態(tài)分析等方面，而對(duì)于用這種方法進(jìn)行涂覆成形的研宄較少。
[0003]零件的精度、原材料的性能和加工效率是制約涂覆成形工藝及其應(yīng)用的三個(gè)重要因素。一直以來成形精度和成形效率始終是一對(duì)矛盾的，提高成形效率勢必要降低成形精度，提高成形精度勢必要降低成形效率。在金屬涂覆成形過程中，因?yàn)楸仨毎褟?fù)雜的三維加工轉(zhuǎn)化為一系列簡單二維成形的疊加，所以，成形產(chǎn)品精度主要取決于二維X-Y平面上的加工精度和高度Z方向上的一系列疊加精度。從金屬涂覆成形的系統(tǒng)本身考慮，完全能夠把X，Y，Z三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)位置精度控制在較高的水平，所以，從理論上考慮能夠取得高精度的原型。但是，影響成形產(chǎn)品最終精度的因素不只是有涂覆成形裝置本身的精度，還有其它的因素，并且這些因素更加的不易控制。金屬涂覆成形是一個(gè)涉及機(jī)械設(shè)計(jì)制造、CAD軟件、數(shù)控、材料、成形工藝參數(shù)和產(chǎn)品后處理等因素的集成制造系統(tǒng)，每一環(huán)節(jié)均可能造成一些誤差的產(chǎn)生，這就會(huì)嚴(yán)重影響熔覆成形零件的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置及方法，該裝置及方法能夠有效的降低使零件的產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變變形，保證成形零件的精度。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置包括基板、噴頭、3D位移平臺(tái)及金屬絲，基板固定于3D位移平臺(tái)上，金屬絲的上端插入于噴頭底部的噴嘴內(nèi)，且金屬絲的上端固定于所述噴嘴的內(nèi)側(cè)面，金屬絲的下端懸空，且金屬絲的下端與基板之間的夾角為90-95°，噴頭及金屬絲均位于所述基板的上方。
[0006]所述金屬絲為鎢絲。
[0007]本發(fā)明所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形方法包括以下步驟
[0008]I)先將熔融金屬輸送到噴頭中，由于金屬的熱毛細(xì)作用，熔融金屬流經(jīng)噴頭的噴嘴時(shí)在金屬絲導(dǎo)引下流動(dòng)，根據(jù)所需零件的層厚H調(diào)節(jié)金屬絲與基板的距離，并根據(jù)所需零件的層寬B調(diào)節(jié)金屬絲與基板的夾角或者涂覆速度；
[0009]2)熔融金屬在金屬絲導(dǎo)引下穿過噴頭的噴嘴掉落到基板上，在金屬絲與基板之間形成均勻的涂覆層，同時(shí)通過3D位移平臺(tái)移動(dòng)基板，使金屬絲在移動(dòng)的基板表面沿預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)，從而在基板的表面形成所需零件的胚體，經(jīng)冷卻后分離所述基板及胚體；
[0010]3)將步驟2)得到的胚體進(jìn)行打磨及拋光，得所需零件。
[0011 ] 所述基板的材料與所需零件的材料不同。
[0012]熔融金屬在金屬絲的導(dǎo)引下從噴頭的噴嘴中排出，再在金屬絲與基板之間形成均勻的涂覆層。
[0013]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0014]本發(fā)明所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置及方法在對(duì)所需零件進(jìn)行加工的過程中，根據(jù)所需零件的層厚H調(diào)節(jié)金屬絲與基板的距離，并根據(jù)所需零件的層寬B調(diào)節(jié)金屬絲與基板的夾角或者涂覆速度，涂覆時(shí)，由于熱毛細(xì)作用，金屬絲對(duì)熔融金屬進(jìn)行導(dǎo)引，從而有效的提尚零件的加工精度，加快零件成形速率，并且有效的提尚廣品的品質(zhì)，本方法加工靈活性高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小，有效地提高了微機(jī)械成形的精度和效率，有效地提高了微機(jī)械零件的批量生產(chǎn)的可能性，降低了加工成本，不需要昂貴設(shè)備，具有制件表面精度高，成形效率高等優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]其中，I為噴頭噴嘴、2為基板、3為金屬絲、4為胚體。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0018]參考圖1，本發(fā)明所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置包括基板2、噴頭1、3D位移平臺(tái)及金屬絲3，基板2固定于3D位移平臺(tái)上，金屬絲3的上端插入于噴頭I底部的噴嘴內(nèi)，且金屬絲3的上端固定于所述噴嘴的內(nèi)側(cè)面，金屬絲3的下端懸空，且金屬絲3的下端與基板2之間的夾角為90-95°，噴頭I及金屬絲3均位于所述基板2的上方；金屬絲3為鎢絲。
[0019]本發(fā)明所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形方法包括以下步驟
[0020]I)先將熔融金屬輸送到噴頭I中，由于金屬的熱毛細(xì)作用，熔融金屬流經(jīng)噴頭的噴嘴時(shí)在金屬絲導(dǎo)引下流動(dòng)，根據(jù)所需零件的層厚H調(diào)節(jié)金屬絲3與基板2的距離，并根據(jù)所需零件的層寬B調(diào)節(jié)金屬絲3與基板2的夾角或者涂覆速度；
[0021]2)熔融金屬在金屬絲3導(dǎo)引下穿過噴頭I的噴嘴掉落到基板2上，在金屬絲3與基板2之間形成均勻的涂覆層，同時(shí)通過3D位移平臺(tái)移動(dòng)基板2，使金屬絲3在移動(dòng)的基板2表面沿預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)，從而在基板2的表面形成所需零件的胚體4，經(jīng)冷卻后分離所述基板2及胚體4 ；
[0022]3)將步驟2)得到的胚體4進(jìn)行打磨及拋光，得所需零件。
[0023]所述基板2的材料與所需零件的材料不同。
[0024]熔融金屬在金屬絲3的導(dǎo)引下從噴頭I的噴嘴中排出，再在金屬絲3與基板2之間形成均勻的涂覆層。
[0025]本發(fā)明從金屬涂覆工藝方面考慮來提高成形零件的精度并且提高成形效率，具體來說，本發(fā)明利用金屬絲3導(dǎo)引熔融金屬4涂覆成形方法，利用金屬材料的表面張力，利用噴頭I把金屬進(jìn)行熔化，由金屬絲3導(dǎo)引，通過調(diào)節(jié)金屬絲3的安裝角度以及移動(dòng)速度等參數(shù)，來約束沉積時(shí)金屬零件的層寬B，金屬絲3和基板2之間的縫隙用來約束零件的層厚H，基板2能夠在X、Y、Z三個(gè)方向上移動(dòng)，在壓力P的作用下，導(dǎo)引熔融金屬通過金屬絲3涂覆在基板2上，形成一層均勻的涂覆層，其涂覆層寬度B由金屬絲3的安裝角度以及移動(dòng)速度的決定，由于熔融金屬由于表面張力、粘附力以及重力作用，在金屬絲3涂覆時(shí)不會(huì)斷裂，涂覆層厚度H由金屬絲3與基板2之間的縫隙決定，通過基板2在Χ、Υ、Ζ三個(gè)方向上移動(dòng)，成形出所需零件。本發(fā)明成形精度高，重復(fù)性好，裝置結(jié)構(gòu)簡單，可加快金屬涂覆成形速率，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，有利于提高零件精度和成形效率，不需要大量的工裝，只需要控制成形工藝就可以達(dá)到。
[0026]在金屬涂覆過程中，通過調(diào)節(jié)金屬絲3安裝角度以及移動(dòng)速度的參數(shù)，可以改變?nèi)廴诮饘俪尚螘r(shí)的寬度B，以此類推，可以根據(jù)成形零件的尺寸精度，設(shè)置不同的金屬絲3傾斜度以及移動(dòng)速度的參數(shù)，金屬絲3和基板2之間的縫隙用來約束零件的層厚H，利用基板2能夠在X、Y、Z三個(gè)方向上移動(dòng)，從零件一層一層進(jìn)行填充，直至所需零件成形完畢。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置，其特征在于，包括基板(2)、噴頭(I)、3D位移平臺(tái)及金屬絲(3)，基板(2)固定于3D位移平臺(tái)上，金屬絲(3)的上端插入于噴頭(I)底部的噴嘴內(nèi)，且金屬絲(3)的上端固定于所述噴嘴的內(nèi)側(cè)面，金屬絲(3)的下端懸空，且金屬絲(3)的下端與基板(2)之間的夾角為90-95°，噴頭(I)及金屬絲(3)均位于所述基板(2)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置，其特征在于，所述金屬絲(3)為鎢絲。
3.一種利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置，包括以下步驟 1)先將熔融金屬輸送到噴頭(I)中，由于金屬的熱毛細(xì)作用，熔融金屬流經(jīng)噴頭的噴嘴時(shí)在金屬絲導(dǎo)引下流動(dòng)，根據(jù)所需零件的層厚H調(diào)節(jié)金屬絲(3)與基板(2)的距離，并根據(jù)所需零件的層寬B調(diào)節(jié)金屬絲(3)與基板(2)的夾角或者涂覆速度； 2)熔融金屬在金屬絲(3)導(dǎo)引下穿過噴頭(I)的噴嘴掉落到基板(2)上，在金屬絲(3)與基板(2)之間形成均勻的涂覆層，同時(shí)通過3D位移平臺(tái)移動(dòng)基板(2)，使金屬絲(3)在移動(dòng)的基板(2)表面沿預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)，從而在基板(2)的表面形成所需零件的胚體(4)，經(jīng)冷卻后分離所述基板(2)及胚體(4); 3)將步驟2)得到的胚體(4)進(jìn)行打磨及拋光，得所需零件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形方法，其特征在于，所述基板(2)的材料與所需零件的材料不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形方法，其特征在于，熔融金屬在金屬絲(3)的導(dǎo)引下從噴頭(I)的噴嘴中排出，再在金屬絲(3)與基板(2)之間形成均勻的涂覆層。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用金屬絲導(dǎo)引熔融金屬涂覆的成形裝置及方法，包括基板、噴頭、3D位移平臺(tái)及金屬絲，基板固定于3D位移平臺(tái)上，金屬絲的上端插入于噴頭底部的噴嘴內(nèi)，且金屬絲的上端固定于所述噴嘴的內(nèi)側(cè)面，金屬絲的下端懸空，且金屬絲的下端與基板之間的夾角為90-95°，噴頭及金屬絲均位于所述基板的上方。本發(fā)明能夠有效的降低使零件的產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變變形，保證成形零件的精度。
【IPC分類】C23C4-12
【公開號(hào)】CN104762585
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510134409
【發(fā)明人】盧秉恒, 杜軍, 魏正英, 李素麗
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日